Etudes génomiques de la dynamique de l'ARN polymérase II pendant l'étape de terminaison de la transcription et après un stress causé par les UV-B

Genome-wide characterization of RNA polymerase II behavior during transcription termination and upon UV-B stress

• Auteur / Autrice : Akos Gyenis
• Direction : Laszlo Tora
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Aspects moléculaires et cellulaires de la biologie
• Date : Soutenance le 19/12/2012
• Etablissement(s) : Strasbourg
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale des Sciences de la vie et de la santé (Strasbourg ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de génétique et de biologie moléculaire et cellulaire (Strasbourg)
• Jury : Président / Présidente : Evi Soutoglou
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Gerard, Olivier Bensaude

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rayonnement ultraviolet B

Stress

Régulation génétique

Effets du rayonnement ultraviolet

Transcription génétique

ARN polymérases

Mots clés libres

ARN polymerase II

Extrémité 3’ ARNm

Pause

Stress

UV-B

Génomique

RNA polymerase II

3’ end

Pause

Promoter

UV-B

Genome-wide

Résumé

Afin de caractériser les profils de distribution de l’ARN Pol II en aval des EAGs, j’ai réalisé des expériences de ChIP-seq en utilisant un anticorps reconnaissant toutes les formes d’ARN Pol II humaine. J’ai analysé les profils de Pol II en aval de 13787 gènes qui n’ont pas de gène flanquant à +/- 4kb en amont ou en aval. Nos résultats ont été analysés en comparaison avec des données disponibles de séquençage à haut débit d’ARN naissants (Global Run On assay coupled sequencing : GRO-seq). Nos résultats montrent qu’un enrichissement de la Pol II en aval de l’extrémité des unités de transcription est une caractéristique partagée par tous les gènes exprimés et reflète la présence d’ARN Pol II active. Des analyses bioinformatiques (K-means clustering) m’ont permis de distinguer quatre groupes de gènes : le premier groupe (H) est caractérisé par un profil de pause étroit alors que les trois autres groupes (PA1-PA3) montrent un profil large ou très large, pouvant aller jusqu’à 6kb en aval des EAGs. Des analyses d’annotations (Gene Ontology) révèlent que le groupe H contient pratiquement exclusivement des gènes d’histones qui ne contiennent pas d’intron et dont les transcrits ne sont pas polyadénylés. A l’inverse, les groupes PA1-PA3 contiennent des gènes codant pour des transcrits polyadénylés. J’ai confirmé par des expériences de ChIP couplées à une analyse par qPCR les différents types de profils de distribution de Pol II décrits par analyse bioinformatique. Nos résultats sont en accord avec d’autres publications et suggèrent un lien entre le profil de distribution de la Pol II à l’extrémité 3’ des gènes histones et les mécanismes particuliers de maturation de l’extrémité 3’ de ces transcrits. Cette idée est renforcée par nos analyses fonctionnelles montrant que l’inhibition des mécanismes de polyadénylation augment la présence de l’ARN Pol II en 3’ des EAGs pour les gènes codant pour des transcrits polyadénylés.

The Pol II transcription cycle can be divided into three main phases: transcription initiation, elongation and termination. Each phase represent a possibility for the regulation of gene expression. Recently, genome-wide studies demonstrated that Pol II pausing is an important regulatory step that is present at almost every eukaryotic Pol II promoter. Surprisingly, paused or slowed down polymerases were also discovered downstream of 3’ end of genes, of which the exact role is still not fully understood.During my Ph.D. I carried out projects using chromatin immunoprecipitation assay coupled to high-throughput sequencing techniques to analyze genome-wide Pol II behavior in two aspects:First, we analyzed Pol II occupancy downstream of 3’ end of transcription units. Our analyses suggest that accumulation of Pol II downstream of genes is a genome-wide feature of active transcription. We found broad, often up to 6kb long Pol II occupancy signals at genes coding for polyadenylated transcripts. In contrast, Pol II occupancy shows a narrow profile at the annotated end of core histone genes. We also found a link between RNA 3’ end processing and Pol II accumulation at the end of transcription units.Second, we were following the genome-wide response and alteration of Pol II transcription upon genotoxic stress. Following UV-B treatment we observed a progressive Pol II signal loss from the promoters of expressed genes, which will then extend through the entire transcription unit, up to four hours after irradiation. This is in good agreement with the observation that after UV irradiation transcription is arrested during the period of transcription-coupled repair (TCR).